自動檢測技術(shù)-流量測量(及課后答案)

6流量測量渦輪流量計6.4概述6.1容積式流量計6.2浮子流量計6.3主要內(nèi)容：旋渦流量計6.5電磁流量計6.6超聲流量計6.7節(jié)流式流量計6.8質(zhì)量流量計6.9流量測量的復(fù)雜性表現(xiàn)在：介質(zhì)對象的多樣性：液體、氣體、多相流。液體：粘性的影響；氣體：壓縮性、理想氣體與真實氣體（蒸汽）；流動狀態(tài)：層流、湍流（紊流）、介質(zhì)溫度、壓力均有很大影響；流量測量的復(fù)雜性致使流量儀表的多樣性。6.1概述6.1.1流量測量中常用的物性參數(shù)（1）流量：體積流量質(zhì)量流量標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下體積流量：標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)pN

=0.101MPaTN

=293K總量：由于氣體具有壓縮性，不同壓力、溫度下同樣的體積，流量是不一樣的。工況狀態(tài)：壓力P，溫度T（2）流體密度流體密度表示單位體積內(nèi)流體的質(zhì)量工程上，將液體視為不可壓縮流體，可以不考慮壓力變化對密度的影響，但對于氣體，溫度、壓力對其影響很大，表示密度時必須嚴格說明氣體所處的溫度、壓力狀態(tài)。工程上常用的水蒸氣分為飽和蒸汽和過熱蒸汽，飽和蒸汽的密度是壓力或溫度的一元函數(shù)，而過熱蒸汽的密度是溫度、壓力的二元函數(shù)，不遵循理想氣體狀態(tài)方程。對于可看作理想氣體的普通氣體，其密度由理想氣體狀態(tài)方程計算：粘性：所有實際流體在流動時都有阻止其流體質(zhì)點發(fā)生相對滑移的性質(zhì)，這就是流體的黏性粘度：度量流體黏性大小反應(yīng)流體內(nèi)摩擦力的一個參數(shù)。影響粘度的因素：流體介質(zhì)、流體溫度、流體壓力（通常，溫度上升，液體黏度就下降，而氣體黏度上升）（3）流體的粘度介質(zhì)不同，粘度不同：一般，液體粘度只考慮溫度對它的影響，只有在壓力很高時才考慮壓力修正；而氣體和水蒸氣的黏度與溫度和壓力關(guān)系十分密切。當(dāng)流體流動時，層流之間單位面積上的內(nèi)摩擦力τ與速度梯度、和流體本身的動力黏度有關(guān)η——動力粘度，單位Pa?s常用P（泊）、cP(厘泊)1.動力黏度兩種常用粘度：動力粘度、運動粘度2.運動粘度由于流體的黏度與密度有關(guān)，將動力黏度與流體密度的比值作為黏度的另一參數(shù)——運動黏度單位常用St（斯）、cSt(厘斯)（4）牛頓流體與非牛頓流體牛頓流體：動力黏度η為常數(shù)，內(nèi)摩擦力τ與速度梯度呈線性的流體。非牛頓流體：不符合牛頓黏性定律的流體。如：高黏滯性流體和高分子溶液（可塑性流體和膨脹性流體）。常數(shù)舉例：水、空氣等低分子流體5）流體的壓縮性和膨脹性①流體的壓縮性：壓力增加時，流體所占的體積會減少。壓縮系數(shù)：當(dāng)溫度不變時，其體積隨壓力的變化而發(fā)生的相對變化率②

流體的膨脹性：溫度升高時，流體所占的體積會增加。膨脹系數(shù)：當(dāng)壓力不變時，其體積隨溫度的變化而發(fā)生的相對變化率。壓力不高時，液體的壓縮系數(shù)非常小，可認為是不可壓縮流體液體的膨脹系數(shù)很小，對于碳氫化合物的精確計算需才考慮（6）氣體的等熵指數(shù)絕熱過程：工程實際中，如果流體工質(zhì)在狀態(tài)變化的某一過程中不與外界發(fā)生熱量交換，則該過程就稱為絕熱過程。絕熱過程狀態(tài)方程：注：當(dāng)被測流體服從理想氣體定律時，其等熵指數(shù)κ可用質(zhì)量定壓熱容Cp和質(zhì)量定容熱容Cv之比（比熱比）來表示，即等熵指數(shù)與氣體種類，及溫度、壓力有關(guān)。單原子/雙原子/多原子的等熵指數(shù)為：1.67/1.4/1.296.1.2管內(nèi)流動基本知識（1）層流和湍流層流：管內(nèi)流體分層流動，各流層之間互不混雜而平行于管道軸線流動。湍流：管內(nèi)流體不再分層流動，流體質(zhì)點除沿管道軸線方向運動外，還有劇烈的徑向運動。判斷管內(nèi)流動是層流還是湍流的依據(jù)是雷諾數(shù)Re（無量綱）對于圓管雷諾數(shù)為臨界雷諾數(shù)：ReD=2320 Re≤ReD

時為層流,否則為湍流.u流體平均流速，D管道直徑，v流體運動黏度（2）速度分布

越靠近管壁，流速越小，管壁上流速為零；

越靠近管中心，流速越大，管道中心流速達最大值；

在管道橫截面積上流體速度軸向分量的分布模式稱為速度分布。層流狀態(tài)湍流狀態(tài)規(guī)律：（3）流動基本方程①連續(xù)性方程：質(zhì)量守恒定律在運動流體中的應(yīng)用對于可壓縮流體定常流動：對于不可壓縮流體定常流動

：②伯努力方程：能量守恒定律在運動流體中的應(yīng)用對于可壓縮流體伯努力方程表達式為：位置勢能壓力能流體動能此式表明單位質(zhì)量流體的總能量沿流線守恒。實際測量中位置高度變化很小，則伯努力方程簡化為此式表明不可壓縮流體流動時，速度增加必然導(dǎo)致壓力減少；相反，流速減少也必然導(dǎo)致壓力增加。6.1.3流量測量儀表的分類按測量原理分類：容積式、速度式、差壓式、質(zhì)量式。按應(yīng)用領(lǐng)域分類：計量儀表、過程控制儀表。質(zhì)量流量計：以測量流體流過的質(zhì)量M為依據(jù)的流量計。質(zhì)量流量計分直接式和間接式兩種。速度式流量計：以測量流體在管道內(nèi)的流速作為測量依據(jù)來計算流量的儀表。（電磁式、渦輪式等）

容積式流量計：以單位時間內(nèi)所排出的流體的固定容積的數(shù)目作為測量依據(jù)來計算流量的儀表。（橢圓齒輪式、活塞式）差壓式（也稱節(jié)流式）流量計：是基于流體流動的節(jié)流原理，利用流體流經(jīng)節(jié)流裝置時產(chǎn)生的壓力差而實現(xiàn)流量測量的。它是目前工業(yè)生產(chǎn)過程中流量測量最成熟、最常用的方法之一。6.2容積式流量計工作過程：流體不斷充滿“計量空間”，然后再排出，不斷累加充滿的次數(shù)，乘上“計量空間”的體積，就是流體總量了。容積式流量測量是采用固定的小容積來反復(fù)計量通過流量計的流體體積．所以，在容積式流量計內(nèi)部必須具有構(gòu)成一個標(biāo)準(zhǔn)體積的空間，通常稱其為容積式流量計的“計量空間”或“計量室”．這個空間由儀表殼的內(nèi)壁和流量計轉(zhuǎn)動部件一起構(gòu)成．容積式流量計對上游流動狀態(tài)變化不敏感，測量準(zhǔn)確度高，可用于高粘度液體的測量。6.2.1容積式流量計的測量原理與結(jié)構(gòu)（1）容積式流量計的測量原理流體通過流量計，就會在流量計進出口之間產(chǎn)生一定的壓力差．流量計的轉(zhuǎn)動部件(簡稱轉(zhuǎn)子)在這個壓力差作用下產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，并將流體由入口排向出口．在這個過程中，流體一次次地充滿流量計的“計量空間”，然后又不斷地被送往出口．在給定流量計條件下，該計量空間的體積是確定的，只要測得轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動次數(shù)．就可以得到通過流量計的流體體積的累積值．設(shè)流量計計量空間體積為v(m3)，一定時間內(nèi)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動次數(shù)為N，儀表的齒輪比常數(shù)為a，儀表指示值為I，則在該時間內(nèi)流過的流體體積V為

（2）容積式流量計的結(jié)構(gòu)通過橢圓齒輪流量計的體積流量N為橢圓齒輪的轉(zhuǎn)速v為計量空間體積V=4nv=2πn(R

2?ab)δ n：圈數(shù)橢圓齒輪流量計由于橢圓齒輪容積流量計直接依靠測量輪嚙合，因此對介質(zhì)的清潔要求較高，不允許有固體顆粒雜質(zhì)通過流量計．

2.3容積式流量計流量→齒輪轉(zhuǎn)速n：橢圓齒輪的轉(zhuǎn)速V0：測量室容積精度高只適用于潔凈單相流體腰輪流量計腰輪容積流量計，也稱羅茨型容積流量計，與橢圓齒輪流量計原理相似，同樣是依靠進、出口壓差產(chǎn)生運動，每旋轉(zhuǎn)一周排出四份“計量空間”的流體體積量，所不同的是腰輪上沒有齒，它們不是直接相互嚙合運動，而是通過安裝在殼體外的傳動齒輪組進行轉(zhuǎn)動的。刮板式容積流量計

凸輪式刮板流量計結(jié)構(gòu)如圖所示．圖中殼體的內(nèi)腔是一圓形空筒，轉(zhuǎn)子也是一個空心圓筒形物體，徑向有一定寬度，徑向在各為90°的位置開四個槽，刮板可以在槽內(nèi)自由滑動．四塊刮板由兩根連桿連結(jié)，相互垂直，在空間交叉．在每一刮板的一端裝有一小滾珠，四個滾珠均在一固定的凸輪上滾動使刮板時伸時縮．當(dāng)相鄰兩刮板均伸出至殼體內(nèi)壁時，就形成—計量空間的標(biāo)準(zhǔn)體積．刮板在計量區(qū)段運動時，只隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)而不滑動，以保證其標(biāo)準(zhǔn)容積恒定．當(dāng)離開計量區(qū)段時，刮板縮入槽內(nèi)，流體從出口排出．同時，后一刮板又與其另一相鄰刮板形成第二個“計量空間”，同樣動作．轉(zhuǎn)子運動一周，排出四份“計量空間”體積的流體．刮板式流量計的轉(zhuǎn)子在流量計進、出口差壓作用下轉(zhuǎn)動，每轉(zhuǎn)動一周排出四份“計量空間”的流體體積，只要測出轉(zhuǎn)動次數(shù)，就可以計算出排出流體的體積量．

旋轉(zhuǎn)活塞式容積流量計

旋轉(zhuǎn)活塞式(擺動活塞式)容積流量計的結(jié)構(gòu)與工作原理如圖所示．旋轉(zhuǎn)活塞式容積流量計具有通流能力較大的優(yōu)點．它的不足是在工作過程會有一定的泄漏，所以準(zhǔn)確度較低．旋轉(zhuǎn)活塞位于固定的內(nèi)外圈3，4之間，活塞的軸6靠著導(dǎo)輥5滾動，中間隔板1將計量空間分成兩部分，活塞2的上缺口和隔板1咬合，當(dāng)活塞依箭頭方向運動時與隔板1成直線運動．活塞在進出口流體壓力差的作用下，始終與內(nèi)外圓桶壁緊密接觸旋轉(zhuǎn)，交替不斷地將活塞與內(nèi)外圓筒之間的流體排出，通過計算活塞旋轉(zhuǎn)次數(shù)可得到流過的流體量．

濕式氣體流量計主要由圓鼓形殼體、轉(zhuǎn)鼓及傳動記數(shù)機構(gòu)所組成，如圖所示。濕式氣體流量計轉(zhuǎn)鼓是由圓筒及四個彎曲形狀的葉片所構(gòu)成。四個葉片構(gòu)成四個體積相等的小室。鼓的下半部浸沒在水中。充水量由水位器指示。氣體從背部中間的進氣管處依次進入各室，并相繼由頂部排出時，迫使轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)動的次數(shù)通過齒輪機構(gòu)由指針或機械計數(shù)器計數(shù)也可以將轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)動次數(shù)轉(zhuǎn)換為電信號作遠傳顯示。濕式氣體流量計工作原理6.2.2容積式流量計的特性分析(1)容積式流量計的誤差特性誤差特性，就是流量計的誤差值與流量測量值之間的關(guān)系。誤差的來源？存在漏流漏流越大，流量計的誤差就越大。誤差隨流量變化。(2)容積式流量計的壓力損失特性產(chǎn)生壓力損失的原因？由機械阻力引起的壓力損失由流體黏性造成流動阻力引起的壓力損失壓力損失隨流量的增加而增加，對于液體流量計，黏度越大壓力損失越大，對于氣體流量計，壓力越高壓力損失就越大。6.2.3容積式流量計的特點及安裝使用（1）特點精度高，0.2%~1%，壓力損失較?。ā?.1MPa），安裝使用也較方便。一般用于計量儀表；量程寬，使用溫度有一定范圍（普通型＜120℃，高壓型＜200℃加工成本較高；無需前后直管段，在流速場畸變時對計量精度沒有影響；是直讀式儀表，無需外部能源，可直接獲得累計總量，清晰明了，操作簡便；適用于高黏度介質(zhì)的流量測量。橢圓齒輪流量計的入口端必須加裝過濾器，防止變送器因雜物阻塞管道。過濾器應(yīng)定期清洗。變送器周圍不應(yīng)有影響儀表工作的強磁場存在。變送器在使用時，應(yīng)使表內(nèi)充滿液體。被測液體內(nèi)不應(yīng)混有氣體，否則應(yīng)安裝氣體分離器。（2）適用范圍（3）安裝6.3浮子流量計浮子流量計又稱為轉(zhuǎn)子流量計，或面積流量計。在流量測量過程中前后壓降不變，故又稱為恒壓降流量計。玻璃浮子流量計金屬管浮子流量計克羅尼H250浮子流量計結(jié)構(gòu)6.3.1浮子流量計的結(jié)構(gòu)原理與流量方程浮子流量計本體由一個錐形管和一個置于錐形管中可以上下自由移動的浮子(或稱轉(zhuǎn)子)構(gòu)成。浮子流量計本體用兩端法蘭、螺紋或軟管與測量管道連接，并且垂直安裝在測量管道上。（1）結(jié)構(gòu)與原理原理：浮子流量計的測量本體由一根自下向上擴大的垂直錐管和一只可以沿著錐管的軸向自由移動的浮子組成，當(dāng)被測流體自錐管下端流入流量計時，由于流體的作用，浮子上下端面產(chǎn)生一差壓，該差壓即為浮子的上升力。當(dāng)差壓值大于浸在流體中浮子的重量時，浮子開始上升。隨著浮子的上升，浮子最大外徑與錐管之間的環(huán)形面積逐漸增大，流體的流速則相應(yīng)下降，作用在浮子上的上升力逐漸減小，直至上升力等于浸在流體中的浮子的重量時，浮子便穩(wěn)定在某一高度上。這時浮子在錐管中的高度h與所通過的流量有對應(yīng)的關(guān)系。（2）流量方程在圖中截面1與截面2處列伯努力方程連續(xù)性方程可得迎面壓差阻力：c為阻力系數(shù)迎面壓差阻力：浮子受到的浮力：浮子自重：當(dāng)浮子在流體中處于平衡狀態(tài)時，有即所以可知，無論浮子停留在什么位置，流體流過環(huán)形面積的平均流速u是一個常數(shù)。，其中A是環(huán)隙面積體積流量D——浮子所在處錐管的內(nèi)徑；Df——浮子的最大直徑設(shè)椎管的錐角為，零刻度處椎管內(nèi)徑為，則在浮子高度h處有如果錐半角足夠小，則忽略二次項得到：因此，根據(jù)轉(zhuǎn)子浮起的高度就可以判斷被測介質(zhì)的流量大小。，其中A是環(huán)隙面積體積流量定量分析流量公式中二次項的影響寫成例：某DN80浮子流量計，浮子直徑Df=68mm，行程60mm，錐管大端直徑94mm，小端直徑68mm，tan?=13/60目前，各口徑的浮子流量計已統(tǒng)一制作成250mm長度。6.3.2浮子流量計的刻度換算流量公式①液體流量的刻度換算：刻度狀態(tài)：工作狀態(tài)：下標(biāo)“0”無下標(biāo)→可得到：對于液體浮子流量計，一般是用標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的水對流量進行標(biāo)定的，所以稱刻度狀態(tài)。②氣體流量的刻度換算：氣體：故：ρ0

刻度狀態(tài)氣體密度，ρ工作狀態(tài)氣體密度由理想氣體狀態(tài)方程：p0,T0——刻度狀態(tài)壓力、溫度p,T——工作狀態(tài)壓力、溫度6.3.3智能式金屬管浮子流量計

可設(shè)定： ?工作流體密度 ?工作壓力、溫度 ?輸出信號量程6.3.4浮子流量計的安裝和使用可靠性高，用于過程控制系統(tǒng)，適合于中小流量的測量，量程比10:1，準(zhǔn)確度1.5%~2.5%，前5D后3D直管段，一般應(yīng)豎直安裝，介質(zhì)自下而上，必要時需加裝旁通管路。對玻璃管浮子流量計：結(jié)構(gòu)簡單，成本低，直觀，但是被測介質(zhì)需透明，可靠性差，不能測高溫高壓介質(zhì)。對于臟污流體，應(yīng)在上游安裝過濾器。對于帶有磁性耦合的金屬浮子流量計，用于測量含鐵性雜質(zhì)流體時，應(yīng)在流量計前安裝磁過濾器。常見故障：浮子卡死，可用敲擊的辦法。6.4渦輪流量計6.4.1渦輪流量計的結(jié)構(gòu)及原理渦輪流量計是葉輪式速度流量計的一種。渦輪流量計是目前流量儀表中比較成熟的高精度儀表。適用于輕質(zhì)成品油、天然氣等低粘度流體，常用于流體總量的測量。(1)渦輪流量傳感器的結(jié)構(gòu)由外殼、導(dǎo)流器、葉輪（直葉片、螺旋葉片）、軸承（滑動、滾動）、放大器組成。(2)渦輪流量計的工作原理渦輪流量計的測量原理：以動量矩守恒原理為基礎(chǔ)的，流體通過導(dǎo)流器沖擊渦輪葉片，沖擊力對渦輪產(chǎn)生轉(zhuǎn)動力矩，使渦輪克服機械摩擦阻力矩和流動阻力矩而轉(zhuǎn)動，利用置于流體中的葉輪的旋轉(zhuǎn)角速度與流體流速成比例的關(guān)系，通過渦輪外的磁電裝置可將葉輪的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成電脈沖。當(dāng)渦輪轉(zhuǎn)動時，渦輪上由導(dǎo)磁不銹鋼制成的螺旋形葉片依次接近和離開處于管壁外的磁電感應(yīng)線圈，周期性地改變感應(yīng)線圈回路磁阻，使通過線圈的磁通量發(fā)生變化而產(chǎn)生與流量成正比的脈沖信號，經(jīng)放大整形后顯示流量。切割磁力線，在葉片上產(chǎn)生感應(yīng)電勢，耦合到線圈上產(chǎn)生信號，經(jīng)放大后輸出。放大器工作原理：信號脈沖頻率：流量：式中：K為渦輪流量計的儀表系數(shù)，1/L或1/m3。

理想情況下K應(yīng)為一常數(shù)。6.4.2渦輪流量計特性分析流體對葉輪的推動力矩Tr；軸與軸承之間的機械摩擦阻力矩Trm；流體對渦輪的粘性阻力矩Trf；電磁阻力矩Tre；⑴對葉輪作受力分析：葉輪的轉(zhuǎn)動慣量為J，運動速度為ω根據(jù)牛頓第二運動定律可寫出渦輪的運動方程為：類比：在渦輪正常運動之后：Tre較小，始動時并不小。有以下分析推動力矩Tr：式中：r為平均半徑。故分析f，而且僅分析圓周上的fΔt的變化量，考慮渦輪進、出口的周向動量變量。進口絕對速度僅沿軸向，為u1，無周向分量，即 u1cosα1=0出口絕對速度6.4.3渦輪流量計的特點和安裝使用 渦輪流量計的特點：精度高：液體0.15%~0.5%，氣體1%~1.5%；重復(fù)性好：0.05%~0.2%；量程比寬：10~50:1；脈沖信號輸出，抗干擾能力強；耐壓高、壓力損失小、反應(yīng)速度快；有可動部件，易磨損；對介質(zhì)有一定的清潔度要求；需要一定長度的前、后直管段；耐腐蝕，采用耐腐蝕性材料。渦輪流量計的安裝：除特殊設(shè)計，渦輪流量傳感器應(yīng)水平安裝；渦輪上游和下游直管段長度應(yīng)分別大于10d和5d；流體流動方向應(yīng)和傳感器上的箭頭指向一致；在傳感器上游安裝過濾器避免流體中雜質(zhì)的影響；測量易氣化液體，應(yīng)安裝消氣器；流體不能完全充滿管路時，應(yīng)安裝背壓管；調(diào)節(jié)閥、溫度計、壓力計等應(yīng)安裝在渦輪下游；為檢修方便，應(yīng)設(shè)置旁路管道。

根據(jù)被測流體的粘度，選擇不同設(shè)計的渦輪傳感器；

根據(jù)被測流體的溫度、壓力、密度確定傳感器儀表系數(shù)；

為防止渦輪發(fā)生氣蝕，應(yīng)保證渦輪前壓力高于該液體氣化壓力。

根據(jù)被測流體，為渦輪選用合適的軸承。渦輪流量計的維護：定期拆洗，并檢查各部件；注意軸和軸承磨損情況，并及時更換磨損了的軸和軸承；注意每運行一年，應(yīng)進行全面檢查、檢定儀表系數(shù)。傳感器拆下不用時，應(yīng)在清洗后兩端加保護套，妥善保存。渦輪流量計的使用：6.5旋渦流量計旋渦流量計利用流體振動原理進行流量測量的。即在特定流動條件下，流體一部分動能產(chǎn)生流體振動，且振動頻率與流體速度有一定關(guān)系，輸出與流量成正比的脈沖信號。?兩種：渦街流量計和旋進旋渦流量計旋進旋渦流量計渦街流量計漩渦發(fā)生體6.5.1渦街流量計測量原理?渦街的產(chǎn)生渦街流量計是利用有規(guī)則的漩渦剝離現(xiàn)象來測量流體流量的儀表。把一個漩渦發(fā)生體（非流線型對稱物體）垂直插在管道中，當(dāng)流體繞過漩渦發(fā)生體時會在其左右兩側(cè)后方交替產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)方向相反的漩渦，形成渦列，該漩渦列就稱為卡門渦街。只有當(dāng)兩列漩渦的間距h與同列中相鄰漩渦的間距l(xiāng)滿足為h／l＝0.281條件時，卡門渦列才是穩(wěn)定的。且單列漩渦產(chǎn)生的頻率f與流體流速u1成正比，與柱體的特征尺寸d（漩渦發(fā)生體的迎流面最大寬度）成反比，即：St稱為斯特勞哈爾數(shù)（無因次數(shù)），Sr主要與漩渦發(fā)生體的形狀和雷諾數(shù)有關(guān)。在雷諾數(shù)為5000～150000的范圍內(nèi)，St基本上為一常數(shù)。根據(jù)流動連續(xù)性原理A1漩渦發(fā)生體兩側(cè)流體面積，A管道流體面積，u平均流速定義截面比則則通過渦街流量計的體積流量說明，在斯特勞哈數(shù)為常數(shù)的基礎(chǔ)上，渦街流量計的體積流量與漩渦頻率成正比，這個特性不受流體壓力、溫度、黏度、密度和成分的影響。

渦街流量計可以測量液體流量，也可以測量氣體流量，以水標(biāo)定的渦街流量計用于氣體，不會引起明顯誤差。6.5.2渦街流量計的構(gòu)造傳感器：表體、旋渦發(fā)生體、檢測元件、安裝架等轉(zhuǎn)換器：前置放大器、濾波整形電路等（1）旋渦發(fā)生體旋渦發(fā)生體是渦街流量計的關(guān)鍵部件，采用不銹鋼材料。為了產(chǎn)生穩(wěn)定的渦街，必須保證漩渦發(fā)生體的迎流寬度不變，并力求形狀簡單，以及避免共振。最常見的是梯形柱（三角柱）漩渦發(fā)生體。雙、多體旋渦發(fā)生體是為了提高渦街強度和穩(wěn)定性降低阻力系數(shù)而采用的。它由輔助發(fā)生體和主發(fā)生體組成。（2）旋渦信號檢測檢測旋渦分離頻率的方法有兩類：1.檢測漩渦發(fā)生體上受力的變化頻率（有應(yīng)力式、應(yīng)變式、電容式、電磁式等）2.檢測漩渦發(fā)生體附近流體的變化頻率（有熱敏式、超聲式、光電式、光纖式等）?熱電阻檢測法（早期）在漩渦發(fā)生體上開一個孔，孔中置一鉑絲。將其加熱到高于流體溫度10℃左右，同時將其作為電橋的一個橋臂。以圓柱形旋渦發(fā)生體熱線式為例，圓柱體表面開有導(dǎo)壓孔，與圓柱體內(nèi)部空腔相通．空腔由隔墻分成兩部分，在隔墻的中央部分有一小孔，在小孔中裝有檢測流體流動的鉑電阻絲。漩渦發(fā)生體兩側(cè)交替產(chǎn)生漩渦，產(chǎn)生旋渦的一側(cè)u↓p↑，另一側(cè)u↑p↓，于是在小孔兩側(cè)產(chǎn)生靜壓差。流體從空腔上的導(dǎo)壓孔進入，向未產(chǎn)生漩渦的一側(cè)流出，將鉑絲上的熱量帶走，鉑絲溫度下降，導(dǎo)致其電阻值減小。電橋失恒，產(chǎn)生電壓擺動，將其放大整形后，輸出一個脈沖信號。特點：靈敏度高，下限低，量程寬，對振動不敏感。但鉑絲易斷，孔易堵。壓電式檢測法是目前應(yīng)用最多的一種檢測法。在漩渦發(fā)生體下游安裝一檢測元件，俗稱探頭，做成懸臂梁結(jié)構(gòu)形式，比漩渦發(fā)生體小得多，在探頭內(nèi)部嵌有壓電晶體，利用壓電對壓力的敏感性，檢測所受到的交變壓力來反應(yīng)漩渦分離頻率。電容式檢測法：

以三角柱旋渦發(fā)生體為例，在三角柱的兩側(cè)裝有兩片彈性金屬薄膜，它們兼為電容器的極扳，里面裝有電極板。電極扳與金屬膜之間充滿了油，借以傳遞壓力。這樣當(dāng)三角拄下面產(chǎn)生一個旋渦，同時下方的壓力就高于上方壓力，將三角拄下方的金屬膜向里壓入，而上方的金屬膜就向外彈出，改變了兩個電容器各自的電容量．這樣，對應(yīng)于交替產(chǎn)生的升力，兩組電容器的電容量就差動地變化。于是，電容量變化與升力變化相對應(yīng)，也就與旋渦的發(fā)生頻率相對應(yīng)，這樣，就可由電容量變化頻率得到旋渦頻率，進而得到流量值．超聲式檢測法在管壁上安裝兩對超聲探頭，探頭發(fā)射高頻、連續(xù)信號，聲波橫穿流體傳播。當(dāng)漩渦通過聲束時，每一對旋轉(zhuǎn)方向相反的漩渦對聲波產(chǎn)生一個周期的調(diào)制作用，受調(diào)制的聲波被接收探頭轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)放大、檢波、整形后得漩渦信號。特點：靈敏度高，下限流速較低，但溫度對聲調(diào)制有影響，故適用于溫度變化小的氣體和含氣量微小的液體流量測量。

僅有日本橫河公司成功制造。6.5.3旋進漩渦流量計其突出優(yōu)點是具有較短的表前直管段（3D）和較低的下限流量，適用于某些渦街流量計不宜使用的場合。（1）工作原理旋進漩渦流量計是根據(jù)漩渦進動現(xiàn)象為機理的流量計。漩渦進動現(xiàn)象：受到周圍約束的漩流在通過截面擴大了的管道時，旋流的中心軸會做進動的現(xiàn)象。流體流入旋進漩渦流量計后，首先經(jīng)過一組由固定螺旋形葉片組成的起旋器后被強制旋轉(zhuǎn)，使流體形成漩渦流，渦流中心速度很高，為渦核，其外圍為環(huán)流。流體流經(jīng)收縮段（喉部）時，渦流加速，沿流動方向渦核直徑逐漸縮小，而強度逐漸加強。進入擴張段，漩渦急劇減速，壓力上升，于是產(chǎn)生回流，渦核就圍繞軸線做螺旋狀進動。進動頻率f與流體平均流速u成正比關(guān)系。儀表系數(shù)Kv僅與漩渦發(fā)生體結(jié)構(gòu)有關(guān)，與流體物性和組分無關(guān)。精度高（可達0.5%～1%），檢測范圍寬抗干擾能力強。漩渦流量計輸出信號（頻率）不受流體物性和組分變化的影響，在一定的雷諾數(shù)范圍內(nèi)，幾乎不受流體的溫度、壓力、密度、粘度等變化的影響，故用水或空氣標(biāo)定的漩渦流量計可用于其他液體和氣體的流量測量而不需標(biāo)定；管道內(nèi)無可動部件,使用壽命長,壓力損失小，量程比20:1；結(jié)構(gòu)簡單，維護量小，故障少。6.5.4漩渦流量計的特點和使用要求尤其適用于大口徑管道的流量測量。但是流量計安裝時要求有足夠的直管段長度，上游和下游的直管段分別要求不少于20D和5D，漩渦發(fā)生體的軸線應(yīng)與管路軸線垂直。管道雷諾數(shù)應(yīng)在2×104

～7×106之間；流速必須在規(guī)定的范圍內(nèi)，并保持敏感元件的清潔。特點：使用要求：6.6電磁流量計法拉第電磁感應(yīng)定律：電路中感生電動勢的大小跟穿過這一電路的磁通量的變化率成正比。根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律制成的，用來測量導(dǎo)電液體的體積流量。西門子電磁流量計ABB電磁流量計上海羅斯蒙特電磁流量計6.6.1測量原理在磁感應(yīng)強度為B的均勻磁場中，垂直于磁場方向放一個內(nèi)徑為D的不導(dǎo)磁管道，當(dāng)導(dǎo)電液體在管道內(nèi)以流速u運動時，導(dǎo)電液就切割磁力線，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢e如果在管道截面垂直于磁場直徑兩側(cè)安裝一對電極，則可測得感應(yīng)電勢。體積流量由上式可知，當(dāng)測量管結(jié)構(gòu)一定時，體積流量qv和e/B成正比，而與流體的狀態(tài)和物性參數(shù)無關(guān)，測量比值e/B即可得到體積流量。當(dāng)磁感應(yīng)強度Ｂ為恒定值時，體積流量與感生電勢成正比。6.6.3

電磁流量計的結(jié)構(gòu)

電磁流量計由電磁流量傳感器和電磁流量轉(zhuǎn)換器兩部分組成。傳感器感受流量的變化，轉(zhuǎn)換器將傳感器送來的流量信號進行放大，并轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號進行記錄、顯示等。電磁流量傳感器：①測量管組件，要求耐腐蝕，耐磨損，耐高溫，根據(jù)被測介質(zhì)的種類，選擇適當(dāng)?shù)慕^緣材料襯里，如耐磨橡膠，聚四氟乙烯等；②磁路系統(tǒng)，包括勵磁繞組和鐵芯；③電極，引出電勢信號，非磁性導(dǎo)電材料，如不銹鋼，關(guān)鍵是結(jié)構(gòu)，不漏。電磁流量轉(zhuǎn)換器：將傳感器輸出的毫伏電勢放大，并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)電流、電壓或頻率信號輸出。6.6.4電磁流量計的特點和安裝使用特點：(1)傳感器結(jié)構(gòu)簡單，無可動部件和阻流件，無壓力損失;(2)可測臟污、腐蝕性、液固兩相等導(dǎo)電性介質(zhì)，而且只可測導(dǎo)電液體;(3)不受被測介質(zhì)溫度、黏度和密度的影響;（4）準(zhǔn)確度高，0.2%~1%，量程比可達50~100:1，口徑范圍從2mm至3m;(5)不能用來測氣體、蒸汽和導(dǎo)電率低的介質(zhì);(6)不能用于測高溫或低溫介質(zhì);(7)易受外界電磁場的影響。安裝使用:(1)使用地點不應(yīng)有強磁場干擾;(2)為保證管道充滿流體，需垂直安裝；(3)前5D直管段;(4)使用非金屬管道應(yīng)使用接地環(huán);(5)襯里的確定：主要考慮耐腐蝕性、耐磨性和流體溫度;(6)電極的選定：考慮腐蝕性，壓力狀況等6.7超聲流量計通過接收穿過流體的超聲波來檢測流體的流速而測量體積流量的儀表。按測量原理分為：傳播速度差法頻差法多普勒法6.7.1傳播速度差法測量原理傳播速度差法是利用測量超聲波脈沖在順流和逆流傳播過程中的速度之差來反映流體流速的。超聲換能器（超聲探頭）——壓電陶瓷片接收超聲波：壓電效應(yīng)發(fā)射超聲波：逆壓電效應(yīng)順流時:T1→R2逆流時：T2→R1c|水≈1500m/s，u≈1m/s，故c2>>u2cos2α可得：可知，測量結(jié)果u與聲速C有關(guān)，而聲速是溫度、介質(zhì)種類和成分的函數(shù)，那么如何消除聲速的影響呢？代入得：當(dāng)α＝45°時由此便消除了聲速的影響，求出了平均流速u。6.7.2頻差法測量原理 通過測量脈沖超聲波順流和逆流時的聲循環(huán)頻率測流量。

6.7.3多普勒法測量原理多普勒效應(yīng)：聲源與觀察者之間有相對運動時，觀察者所感受到的聲頻率將不同于聲源的頻率。 實例——火車鳴笛。6.7.4超聲流量計的特點與安裝使用能實現(xiàn)非接觸式測量的流量計（夾裝式）；可制成便攜式儀表；無阻流件，無壓力損失；準(zhǔn)確度0.1%～5%；管道內(nèi)外壁干凈，需足夠長的直管段；傳播速度差法流量計需介質(zhì)潔凈，而多普勒流量計需有散射粒子，適于污水和含氣泡的液體；特別適合大管徑測量，其成本與管徑基本無關(guān)。6.7.5超聲流量計維護及故障診斷（1）維護外貼式超聲波流量計——定期檢查換能器是否松動，與管道之間的粘合劑是否良好；插入式超聲波流量計——定期清理探頭上沉積的雜質(zhì)、水垢及檢查有無漏水現(xiàn)象；一體式超聲波流量計——檢查流量計與管道之間的法蘭連接是否良好，并考慮現(xiàn)場溫度和濕度對其電子部件的影響。（2）故障診斷現(xiàn)象：①示值不準(zhǔn)②無示值③流量為負④流量波動大原因：1、測量點位置選擇——如測量點非滿管流，內(nèi)部銹蝕，直管段長度不夠或上游存在擾動源可導(dǎo)致①②④；2、換能器安裝——如換能器與管道間有銹斑、耦合劑涂不均勻或換能器安裝偏離管線正側(cè)面可導(dǎo)致①②；3、電纜連接——上下游換能器電纜若接反可導(dǎo)致③；4、數(shù)據(jù)設(shè)置——管道參數(shù)如管徑、安裝角度需精確測量后置入儀表，否則導(dǎo)致①。①德國KROHNE4聲道氣體超聲流量計高精度低功耗<1W，可使用太陽能DN80流速上限57m/sDN400流速上限30m/s示值誤差±0.2%國外主要廠商產(chǎn)品介紹KROHNE3聲道液體超聲流量計獨特的三聲道截面設(shè)計傳感器專利設(shè)計數(shù)字信號處理(DSP)流速測量范圍0～20m/s當(dāng)流速大于0.5m/s時示值誤差±0.5%當(dāng)流速小于0.5m/s時絕對誤差為±2.5mm/s重復(fù)性<0.2％②美國CONTROLOTRON雙聲道固定式液體超聲流量計全天候機箱設(shè)計③英國MICRONICS便攜式液體超聲流量計帶圖表顯示功能LCD覆膜觸摸式按鍵16個管徑范圍：50-1000毫米流速：0.12-12.39m/s重復(fù)性：±0.5%讀數(shù)誤差：±1-3%長度：236mm寬度：125mm高度：41mm重量：小于1.5Kg④日本富士電機FUJI新式脈沖多普勒法與傳播時間差法并用的新一代混合型超聲波流量計脈沖多普勒方式流速范圍：0～±0.3m/s～4m/s精度：0.5％～1.0％傳播時間差方式流速范圍：0～±0.3m/s～32m/s國內(nèi)主要廠商產(chǎn)品介紹多聲道氣體超聲流量計具有國際專利的非實流標(biāo)定技術(shù)（干標(biāo)）流速范圍：0.5～35m/s準(zhǔn)確度等級0.5重復(fù)性0.2％功率15W①北京昌民增加液位計測量液位，計算出實際流體的截面積，從而計算流量明渠型超聲流量計唐山匯中6.8節(jié)流式流量計節(jié)流式流量計，在管道中設(shè)置了一個節(jié)流件，利用流體流經(jīng)節(jié)流裝置時在節(jié)流件上下游產(chǎn)生與流體流量有關(guān)的差壓的原理測量的。它是目前工業(yè)生產(chǎn)過程中流量測量最成熟、最常用的方法之一。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，無可動部件；可靠性較高；復(fù)現(xiàn)性能好；適應(yīng)性較廣，它適用于各種工況下的單相流體，適用的管道直徑范圍寬，可以配用通用差壓計；裝置已標(biāo)準(zhǔn)化。

缺點：安裝要求嚴格；流量計前后要求較長直管段；壓力損失較大；對于較小直徑的管道測量比較困難；精確度不夠高(±1%~±2%)。6.8.1節(jié)流裝置的測量原理和流量方程 （1）測量原理和流動情況 節(jié)流件：在管道中安置一個固定的阻力件，它的中間開一個比管道截面小的孔，當(dāng)流體流過該阻力件時，由于流體流束的收縮而使流速加快、靜壓力降低，其結(jié)果是在阻力件前后產(chǎn)生一個較大的壓差。壓差的大小與流體流速的大小有關(guān)，流速愈大，差壓也愈大，因此只要測出差壓就可以推算出流速，進而可以計算出流體的流量。把流體流過阻力件使流束收縮造成壓力變化的過程稱節(jié)流過程，其中的阻力件稱為節(jié)流件?？装鍑娮煳那鹄锕?23流動流體的能量有兩種形式：靜壓能和動能。流體由于有壓力而具有靜壓能，又由于有流動速度而具有動能，這兩種形式的能量在一定條件下是可以相互轉(zhuǎn)化的。根據(jù)能量守恒定律，流體所具有的靜壓能和動能，加上克服流動阻力的能量損失，在沒有外加能量的情況下，其總和是不變的。

流速靜壓圖3-18孔板裝置及壓力、流速分布圖

要準(zhǔn)確測量出截面Ⅰ、Ⅱ處的壓力有困難，因為產(chǎn)生最低靜壓力p2′的截面Ⅱ的位置隨著流速的不同會改變。因此是在孔板前后的管壁上選擇兩個固定的取壓點，來測量流體在節(jié)流裝置前后的壓力變化。因而所測得的壓差與流量之間的關(guān)系，與測壓點及測壓方式的選擇是緊密相關(guān)的。注意節(jié)流基本方程式

根據(jù)不可壓縮流體伯努力方程連續(xù)性方程—截面1和2上流體的靜壓力；—截面1和2上流體的平均流速；—截面1和2上流體的密度—截面1和2上流束直徑；可推出體積流量：質(zhì)量流量：以實際采用的某種取壓方式所得到的壓差來代替的值；同時引入流出被測系數(shù)C對上式進行修正。流出系數(shù)C是一個與節(jié)流件型式、孔徑比、取壓方式、被測介質(zhì)性質(zhì)及流動狀態(tài)有關(guān)的系數(shù)。α為流量系數(shù)ε為可膨脹性系數(shù)F0為節(jié)流件的開孔面積，ρ為節(jié)流裝置前的流體密度，ΔP節(jié)流裝置前后實際測得的壓差

α主要與節(jié)流裝置的型式、取壓方式、流體的流動狀態(tài)（如雷諾數(shù)）和管道條件等因素有關(guān)。因此，是一個影響因素復(fù)雜的綜合性參數(shù)，也是節(jié)流式流量計能否準(zhǔn)確測量流量的關(guān)鍵所在，雷諾數(shù)大于某一數(shù)值（界限雷諾數(shù)）時，α值可認為是一常數(shù)。對于標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置，可以從有關(guān)手冊中查出；對于非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置，其值要由實驗方法確定。ε可膨脹性系數(shù)用來校正流體的可壓縮性，它與節(jié)流件前后壓力的相對變化量、流體的等熵指數(shù)等因素有關(guān)，其取值范圍小于等于1。對于不可壓縮性流體，ε＝1；對于可壓縮性流體，則ε＜1。應(yīng)用時可以查閱有關(guān)手冊而得對于可壓縮流體，考慮到節(jié)流過程中流體密度的變化而引入流束膨脹系數(shù)ε進行修正采用節(jié)流件前的流體密度ρ，由此流量公式可更一般的表示為：

國內(nèi)外把最常用的節(jié)流裝置、孔板、噴嘴、文丘里管等標(biāo)準(zhǔn)化，并稱為“標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置”。

標(biāo)準(zhǔn)化的具體內(nèi)容包括節(jié)流裝置的結(jié)構(gòu)、尺寸、加工要求、取壓方法、使用條件等。對于標(biāo)準(zhǔn)化的節(jié)流件，在設(shè)計計算時都有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定、要求和計算所需的有關(guān)數(shù)據(jù)及程序，可直接按照標(biāo)準(zhǔn)制造；安裝和使用時不必進行標(biāo)定。特殊節(jié)流件主要用于特殊介質(zhì)或特殊工況條件的流量檢測，它必須用實驗方法單獨標(biāo)定。6.8.2標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件，符合標(biāo)準(zhǔn)的取壓裝置，前后直管段，三部分組成標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置。流體條件：滿管流，單相流，定常流，無相變流，無旋流作為流量檢測用的節(jié)流件有標(biāo)準(zhǔn)的和特殊的兩種。標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件包括標(biāo)準(zhǔn)孔板、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴和標(biāo)準(zhǔn)文丘里管。(a)標(biāo)準(zhǔn)孔板主要技術(shù)參數(shù)：取壓方式：角接（環(huán)室或單獨鉆孔）取壓、法蘭取壓、D-D/2取壓；公稱壓力:≤32MPa（≥20MPa時用高壓透鏡孔板或焊接式）；公稱通徑：50～1000mm（標(biāo)準(zhǔn)孔板）或＜50mm（整體孔板）＞1000mm（平孔板）；精確度（不確定度）：±0.5%～1.5%；適用范圍：開孔直徑d（mm）：d≥12.5(標(biāo)準(zhǔn)孔板)；開孔直徑比β：0.1≤β≤0.75；雷諾數(shù)范圍ReD：0.1≤β≤0.75，107≥ReD≥5000且ReD≥170β2D；D以（mm）表示。(b)標(biāo)準(zhǔn)噴嘴(c)標(biāo)準(zhǔn)文丘里管非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件1)錐形入口孔板2)1/4圓形孔板3)圓缺孔板

4）偏心孔板5)彎管6）楔形孔板7）線性孔板取壓方式目前廣泛采用的是角接取壓法，其次是法蘭取壓法。角接取壓法比較簡便，容易實現(xiàn)。環(huán)室取壓，測量精度較高。法蘭取壓法結(jié)構(gòu)較簡單，容易裝配，計算也方便，但精度較角接取壓法低些。角接取壓法法蘭取壓法6.8.4標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的計算①流量計算

這類計算命題是在管道、節(jié)流裝置、取壓方式、被測流體參數(shù)已知的情況下，根據(jù)測得的差壓值計算被測介質(zhì)流量。屬校核計算，常用在使用現(xiàn)場，所依